MAKALAH MESIN KONVERSI ENERGI SISTEM MAGNETO HYDRO DYNAMIC
(MHD)
ANGGOTA KELOMPOK 14 :1. YULIUS DWI PRASETYO(111031163)2.
EMMANUEL ADDO .A.(111031164)3. FEBRI ANDRIYANTO(111031178)4. IMAM
SUFII(111031193)
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESININSTITUT SAINS
DAN TEKNOLOGI AKPRINDYOGYAKARTA2014
BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangIstilah magneto hydrodynamic
terdiri dari kata magneto yang berarti medan magnetik, hydro yang
berarti cairan/fluida, dan dynamic yang berarti pergerakan.
Magnetohydrodynamic (MHD) dapat diartikan sebagai suatu
penghantaran dan pergerakan suatu fluida secara elektrik di dalam
suatu medan magnetik. Fluida yang dimaksud dapat berupa plasma,
logam cair, atau air garam.MHD (Magneto Hydro Dynamics) System
adalah sistem baru dari pembangkit listrik yang dikatakan efisiensi
tinggi dan polusi rendah. Seperti namanya, magneto-hidro-dinamika
(MHD) berkaitan dengan aliran fluida yang menghasilkan listrik
medan magnet. Cairan ini mungkin gas pada suhu tinggi atau logam
cair seperti natrium atau kalium. Cairan kerja di sini disebut
plasma. Sebuah generator MHD adalah alat untuk mengubah energi
panas dari bahan bakar secara langsung menjadi energi listrik tanpa
generator listrik konvensional. Perbedaan mendasar antara generator
konvensional dan sebuah generator MHD adalah sifat konduktor.
Sistem converter MHD adalah mesin panas yang efisien, seperti semua
mesin panas, ditambah dengan menyediakan panas pada suhu praktis
tertinggi dan menolaknya pada suhu terendah praktis. pembangkit
listrik MHD terlihat yang paling menjanjikan diantara teknologi
konversi langsung untuk produksi tenaga listrik dengan skala besar.
Di negara-negara maju MHD generator digunakan secara luas tetapi di
negara-negara berkembang seperti India itu masih dalam pembangunan.
Ini pekerjaan konstruksi sedang berlangsung di Tiruchirapalli di
Tamilnadu bawah upaya bersama dari BARC (Bhabha Atomic Research
Centre), BHEL, Associated Cement Corporation dan teknologi
Rusia.
1.2 Perkembangan EksperimentalPembangkitan tenaga listrik
magneto hydro dynamic (MHD) power generation di temukan Pada awal
abad ke-19. Percobaan MHD power generation pertama kali dilakukan
oleh Michael Faraday pada tahun 1831 menggunakan air garam dari
sungai Thames yang mengalir melalui medan magnet bumi. Percobaan
Faraday tidak sukses dan konsep dasar dari MHD power generation
tidak meninggalkan tantangan. Percobaan MHD power generation
kembali dilakukan oleh Karlovitz dan Halacz pada tahun 1942.
Generator MHD yang menggunakan plasma argon pertama kali sukses
diuji dan dikembangkan oleh Richard Rosa pada tahun 1959, yang
menghasilkan 10 kW dan di fasilitasi oleh AVCO di Boston,
Massachusetts (USA). Keberhasilan ini membuat MHD berkuasa pada
tahun 1960 untuk program nasional di Inggris, Uni Soviet, Belanda,
Perancis, Jerman, Polandia, Italia, India, Australia dan Israel.
MHD juga semakin berkembang pada tahun 1965 yang masih di
fasilitasi oleh AVCO dan pada tahun 1972 di Moskow, Rusia. Dan
dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan pembangkit listrik
system MHD semakin cepat.Generator MHD secara langsung mengkonversi
energi thermal dari suatu plasma (gas bertemperature tinggi yang
mengandung elektron bebas dan ion) menjadi energi listrik. Oleh
sebab itu, MHD power generation dikenal sebagai proses konversi
energi secara langsung. Sebagai konsekuensi operasi konversi
temperature tinggi secara langsung, plant untuk MHD power
generation dapat lebih efisien dibandingkan dengan plant
pembangkitan tenaga listrik konventional.Pada dasarnya konversi MHD
adalah suatu proses volume. Dengan demikian ukuran generator MHD
meningkat sehingga perbandingan daya yang dikonversikan MHD dengan
kerugian daya dari permukaan dinding kanal menjadi lebih baik.
BAB IIPEMBAHASAN
2.1 Prinsip Kerja Sistem MHDPrinsip kerja system MHD sederhana,
berdasarkan hukum Faraday's dari induksi elektromagnetik, yaitu,
ketika sebuah konduktor listrik bergerak melintasi medan magnet,
ggl adalah diinduksi di dalamnya, yang menghasilkan arus listrik.
Konduktor tidak perlu yang solid-ini mungkin merupakan gas atau
cair.Ini adalah prinsip konvensional generator juga, di mana
konduktor terdiri dari strip tembaga. Dalam sebuah generator MHD
konduktor padat akan diganti dengan sebuah konduktor gas (tekanan
tinggi, gas pembakaran suhu tinggi), yaitu gas terionisasi.Jika gas
tersebut dilewatkan pada kecepatan tinggi melalui kuat medan
magnet, yaitu misalkan kita memiliki partikel bermuatan (memiliki
charge 'q') bergerak di '' v kecepatan tinggi ke arah kanan dan
medan magnet tegak lurus diterapkan. Sebuah gaya magnetik (Lorentz
Force) F 'bertindak' pada partikel bermuatan. Seperti yang
ditunjukkan pada gambar di bawah ion positif akan dipercepat menuju
atas plat P1 (katoda) dan ion negatif akan dipercepat terhadap P2
plat rendah (anoda). Jika P1 dan P2 secara eksternal terhubung
melalui resistensi, arus akan mengalir melalui perlawanan. Jadi
energy gas secara langsung dikonversi menjadi listrik energi. Ini
adalah prinsip generator MHD.Generator MHD dapat dianggap sebagai
dinamo cairan. Hal ini mirip dengan dinamo mekanik di mana gerak
sebuah konduktor logam melalui medan magnet menciptakan arus di
konduktor kecuali bahwa di generator MHD konduktor logam digantikan
oleh plasma gas.
Bila suatu konduktor bergerak melalui medan magnet ini
menciptakan medan listrik tegak lurus terhadap medan magnet dan
arah pergerakan konduktor. Ini adalah prinsip, ditemukan oleh
Michael Faraday , di belakang pembangkit listrik rotary
konvensional. Fisikawan asal Belanda Antoon Lorentz memberikan
teori matematika untuk mengukur dampaknya.
Prinsip Kerja Magneto hidro dinamikaAliran (gerakan) dari plasma
melaksanakan melalui medan magnet menyebabkan tegangan yang akan
dihasilkan dan yang terkait arus mengalir di seluruh plasma, tegak
lurus ke kedua aliran plasma dan medan magnet menurut aturan Tangan
Kanan Fleming. Hukum Lorentz menggambarkan efek dari partikel
bermuatan yang bergerak dalam medan magnet konstan dapat dinyatakan
sebagai3F = q(v B)
Di mana:
F= gaya (gaya Lorentz) dari partikel (dibebankan) bertindak
(vektor)v= kecepatan partikel (vektor)q= bertanggung jawab atas
partikel (skalar)B= magnetic field (vector)Untuk gaya Lorentz yang
ditimbulkan oleh arus listrik, I, dalam suatu medan magnet (B),
rumusnya akan terlihat sebagai berikut (lihat arah gaya dalam
kaidah tangan kanan):
Di mana :F = gaya yang diukur dalam unit satuan newtonI = arus
listrik dalam ampereB = medan magnet dalam satuan teslaL = panjang
kawat listrik yang dialiri listrik dalam satuan meter.
Gambar Gabungan medan magnet dan arah arus, (Gaya magnetik F
tegak lurus arah arus I dan arah medan magnetik B)
2.2 Sistem Magneto Hydrodynamic (MHD)Sistem Magneto Hydrodynamic
(MHD) sendiri secara luas dapat diklasifikasikan menjadi 2 ,yaitu
:1. Sistem siklus terbuka2. Sistem siklus tertutupPerbandingan
Antara Sistem Siklus Terbuka dan Sistem Siklus Tertutup
Sistem Siklus TerbukaSistem Siklus Tertutup
1. Di sini fluida kerja setelah pembangkit energi listrik
dibuang ke atmosfir melalui stack.1. Di sini fluida kerja setelah
pembangkit energi listrik didaur ulang ke sumber panas dan dengan
demikian dapat digunakan lagi dan lagi.
2. Penyelenggaraan MHD generator dilakukan secara langsung pada
produk pembakaran [seperti batubara, minyak, gas alam (gas panas
membentuk unggulan dengan jumlah kecil dari logam alkali yang
terionisasi seperti cesium atau kalium)] dalam sebuah sistem siklus
terbuka.2. Dalam helium siklus tertutup sistem atau argon (dengan
pembenihan cesium) digunakan sebagai fluida kerja.
3. Kebutuhan Suhu di sini sangat tinggi, yaitu sekitar 2300 C
sampai dengan 2700 C.3. Kebutuhan suhu relatif sedikit, yakni
sekitar 530 C.
4. Siklus MHD sistem terbuka melibatkan risiko teknologi
kompleks yang relatif tinggi, terutama karena suhu tinggi yang
diperlukan.4. Siklus MHD sistem tertutup melibatkan risiko
teknologi sederhana yang relatif rendah, terutama karena suhu kerja
relatif rendah.
5. Sesuai dengan penelitian terbaru dan pekerjaan pembangunan,
efisiensi tampak relatif lebih tinggi.5. Sampai saat ini ada
perkembangan yang signifikan telah terjadi dalam sistem ini, dan
efisiensi yang tampaknya relatif kurang.
6. Lebih mahal dibandingkan dengan siklus MHD sistem tertutup.6.
Cukup mahal.
1) SIKLUS SISTEM MHD TERBUKA
Siklus sistem MHD terbuka, ditunjukkan pada gambar di bawah
ini:
Gambar menunjukkan siklus uap hibrida MHD, batubara diproses dan
dibakar di ruang bakar pada suhu tinggi (2750-3000 K) dan tekanan
(7 sampai 15 di atmosfer). Dengan udara dipanaskan untuk membentuk
plasma. Plasma tersebut kemudian disalurkan dengan fraksi kecil
(1%) dari logam alkali (kalium). Bagian HYBRID MHD aliran siklus
terbuka merupakan Campuran yang memiliki konduktivitas elektrik
dari sekitar 10 ohm / m diperluas melalui nozzle untuk meningkatkan
kecepatan dan kemudian dilewatkan melalui medan magnet tinggi (5
sampai 7 teslas) dari generator MHD. Saluran Elektroda disediakan
kontak listrik antara arus dan beban eksternal. Gas yang keluar
dari generator MHD masih cukup panas dan digunakan untuk
meningkatkan uap, yang menghasilkan energi tambahan dalam uap dalam
turbin uap unit alternator. Sebagian dari uap ini juga digunakan
dalam turbin uap yang menjalankan kompresor untuk udara kompresi
dalam siklus MHD ini. Hasil akhir dari emisi gas berbahaya
(belerang) juga dipisahkan dari gas sebelum dibuang ke atmosfer
melalui cerobong. Untuk realisasi praktis efisien sistem MHD harus
memiliki fitur sebagai berikut: 1. pengaturan udara untuk
memanaskan gas untuk sekitar 2500 C sehingga gas konduktivitas
listrik meningkat.2. Ruang pembakaran harus memiliki kerugian panas
rendah3. manajemen A untuk menambahkan bahan ionisasi benih potensi
rendah ke gas meningkatkan nilai konduktivitas nya. 4. air Sebuah
didinginkan tetapi debu memperluas isolasi elektrik dengan
elektroda umur panjang.5. Sebuah magnet mampu menghasilkan
kerapatan fluks magnet yang tinggi6. Pemulihan Benih yang
diperlukan untuk alasan lingkungan dan ekonomi.
2) SISTEM SIKLUS TERTUTUP MHD
Kelemahan utama dari sistem siklus terbuka yaitu suhu
temperature harus sangat tinggi dan aliran yang sangat kimiawi
aktif bisa dihapus, dengan menggunakan sistem siklus tertutup MHD.
Pada siklus ini cairan (argon dan helium) bekerja dalam area
tertutup, yang beredar dalam sebuah loop tertutup. Pada gambar
menunjukkan sistem MHD siklus tertutup. Sistem yang lengkap
memiliki tiga loop yang berbeda tetapi saling mendukung.Di sebelah
kiri adalah loop pemanasan eksternal, gasifikasi batubara dan gas
dengan nilai panas tinggi sekitar 5,35 / kg MJ dan suhu sekitar 530
C yang dibakar dalam ruang bakar untuk menghasilkan panas. Dalam
penukar panas HX, panas ini akan dipindahkan ke argon fluida dalam
kerja siklus MHD ini. Produk hasil pembakaran setelah melewati
airpreheater (untuk memulihkan bagian dari panas hasil pembakaran)
dan pemurnian (Untuk menghapus emisi berbahaya) dan dibuang ke
atmosfer. Lingkaran di tengah adalah loop MHD. Gas argon panas
diunggulkan dengan cesium dan melewati generator MHD. Output daya
generator dc MHD dikonversi menjadi AC oleh inverter dan kemudian
disisipkan kedalam grid. Lingkaran ditampilkan pada sisi kanan
dalam gambar adalah loop uap untuk lebih lanjut pemulihan panas
dari fluida dan mengkonversi panas ini menjadi energi listrik.
Cairan melewati bursa panas HX2 dimana menanamkan panas ke air yang
akan dikonversi menjadi uap. Uap ini digunakan sebagian untuk
turbin yang menjalankan kompresor sebagian untuk sebuah turbin
alternator. Output dari alternator juga ke grid. Sebuah sistem
tertutup dapat memberikan listrik lebih bermanfaat. Perbedaan kedua
siklus ini dimana dalam sistem siklus terbuka kerja fluida setelah
membangkitkan energi listrik lalu dibuang ke atmosfir melalui
stack. Dalam sistem siklus tertutup kerja fluida didaur ulang ke
sumber panas dan digunakan lagi dan lagi. Kerja generator MHD
langsung pada hasil pembakaran dalam sebuah sistem siklus terbuka
dan pada sistem siklus tertutup tidak. Dalam sistem siklus terbuka
bekerja fluida adalah udara. Dalam sistem tertutup atau siklus
helium argon digunakan sebagai fluida kerja.
BAB IIIKESIMPULAN
3.1 Keunggulan Sistem MHDGenerasi MHD menawarkan beberapa
keunggulan dibandingkan dengan metode lainuntuk pembangkit listrik,
diantaranya adalah sebagai berikut:1. Proses MHD mempunyai potensi
untuk meningkatkan efisiensi pengkonversian energi sampai 50-60%.2.
Proses MHD dapat mereduksi keperluan air pendingin dan polusi di
atmosfer.3. Proses pembangkitan MHD dapat dipakai untuk semua jenis
sumber panas seperti minyak, batu bara, nuklir, gas, matahari,
termonuklir, dll.4. Pembangkitan MHD memberikan fleksibilitas
operasi pada mode yang berbeda seperti beban puncak, beban utama,
atau beban semi-puncak.5. Penelitian mengindikasikan bahwa MHD
power generation membutuhkan biaya yang lebih rendah dibandingkan
dengan pembangkitan daya konventional.6. Efisiensi penggunaan bahan
bakar yang lebih tinggi yang berarti lebih baik. Mengurangi
konsumsi bahan bakar akan menawarkan manfaat ekonomi dan sosial
tambahan. 7. Sistem Siklus Tertutup menghasilkan tenaga bebas
polusi.
3.2 Kekurangan Sistem MHDMeskipun memiliki sejumlah keuntungan,
ternyata Sistem MHD memiliki kelemahan sendiri yang melarang
komersialisasi tersebut. Kelemahan MHD System terdaftar di bawah
ini:1. Sistem MHD menperoleh dampak dari arus balik (arus pendek)
elektron melalui cairan di sekitar ujung medan magnet. Kerugian ini
dapat dikurangi dengan: a. Meningkatkan rasio aspek dari
generator.b. Dengan mengijinkan kutub medan magnet untuk
memperpanjang bagian luar akhir elektroda. c. Dengan menggunakan
baling-baling berisolasi dalam saluran fluida dan pada inlet dan
outlet .2. Akan ada kerugian gesekan tinggi dan kerugian transfer
panas. Kerugian gesekan mungkin setinggi 12% input.3. Sistem MHD
beroperasi pada suhu yang sangat tinggi untuk mendapatkan tinggi
listrik konduktivitas. Tetapi elektroda harus relatif pada
temperatur rendah dan karenanya gas di sekitar elektroda lebih
dingin. Hal ini meningkatkan resistivitas gas dekat elektroda dan
maka akan ada tegangan turun sangat besar di film gas. Dengan
menambahkan bahan benih, resistivitasnya akan dapat dikurangi. 4.
Sistem MHD membutuhkan magnet yang sangat besar dan ini membutuhkan
biaya besar.5. Batubara, bila digunakan sebagai bahan bakar,
menimbulkan masalah abu cair yang mungkin terjadi arus pendek pada
elektroda.Oleh karena itu, minyak atau gas alam dianggap lebih
banyak digunakan sebagai bahan bakar untuk sistem ini.Pembatasan
penggunaan bahan bakar membuat operasi lebih mahal.